DE2929507A1 - Sicherheitssystem fuer einen kernreaktor - Google Patents
Sicherheitssystem fuer einen kernreaktorInfo
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Description
THE BABCOCK & WILCOX COMPANY 20. Juli 1979
1010 Common Street Case 4282
New Orleans, La. B 1527 Al/Kr U.S.A.
Sicherheitssystem für einen Kernreaktor
Die Erfindung betrifft Sicherheitssysteme für einen Kernreaktor und insbesondere Systeme mit computerspeicherartigen
Nachschlagetabellen, welche Daten in paralleler Form aufnehmen zur kontinuierlichen und wiederholenden
Übertragung.
Es sind Sicherheitssystem für Kernreaktoren bekannt, welche digitale Rechnermoduln als Teil des Reaktorschutzsystems
ergänzen bzw. in Betrieb setzen. Diese Moduln ^ führen Standarddigitaltechniken durch, wie sie in Rechnern
verwendet werden. Das wesentliche dieser Techniken besteht in der Umwandlung von Eingangssignalen in Digitalform, Speicherung in einem Speicher, Benutzung eines gespeicherten
Programms zur Handhabung der gespeicherten
Daten und zur Verfügungstellung eines Ausgangssignals. Alle diese Funktionen werden im wesentlichen nacheinander
im Zeitbereich eines einzigen Zentralrechners durchgeführt.
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Der Nachteil solcher bekannten Systeme besteht in der Zeitdauer, welche erforderlich ist, um die Berechnungen
aufeinanderfolgend durchzuführen, und in der Komplexität eines Programms, welches die einzelnen gemessenen Parameter
in Serienform handhaben muß. Die normale Folge beinhaltet die Aufnahme von Datenparametern zur Durchführung
einer Reihe von Berechnungen und am Ende der Berechnungen zur Erzeugung von Daten, welche bestimmen,
ob der Reaktor in einem sicheren Betriebszustand ist oder nicht.
Ein anderes Problem solcher bekannten Vorrichtungen hat seinen Ursprung in der Natur von in dieser Weise arbeitenden
Rechnern, wobei Daten ihre Identität außer der Adressstelle verlieren. Das Abtasten der Programme oder das
Austesten von Fehlern in dem System ist daher recht zeitaufwendig und schwierig. Das Serienrechnersystem erfordert,
um kontinuierlich und erschöpfend geprüft und wiedergeprüft zu werden, um eine angemessene Sicherheitsüberwachung
zu gewährleisten, daß jeder der gemessenen Parameter, welche die Sicherheit beeinflussen, jeden möglichen
Wert oder Zustand relativ zu allen anderen Parametern aufweist. Wenn z.B. die Reaktortemperatur 4000 verschiedene
mögliche Werte und der Druck 4000 verschiedene mögliche Werte und die Flüssigkeitsströmung 4000 mögliche
Werte aufweisen können, wäre die Anzahl möglicher Eingangszustände für den Serienrechner 40003. Eine erschöp-
3" fende Prüfung würde selbst bei einer Geschwindigkeit von
einer Prüfung pro 1/10 Sekunde in der Größenordnung von
Hunderten von Jahren liegen. Daher sind andere Einrichtungen verwendet worden, um sicherzustellen, daß in den
Programmen für Sicherheitssysteme keine Fehler sind. Dies
umfaßt umfassende überprüfung und Kontrolle durch unabhängige
technische Gruppen und Ausführungsbehörden.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, die ünzu-
länglichkeiten der bekannten Sicherheitssysteme für Kernreaktoren zu beseitigen.
Dies wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Merkmale des Schutzbegehrens erzielt. Das Sicherheitssystem
für einen Kernreaktor gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet eine parallele Kombination von computerartigen
Nachschlagetabellen, welche jeweils Daten eines besonderen Parameters empfangen und jeweils das Funktionsgegenstück dieses besonderen Parameters erzeugen. Die
verschiedenen Funktionsgegenstücke werden dann summiert, um ein Kontroll- bzw. Steuersignal zum Abschalten des
Reaktors zu bilden. Die Funktionsgegenstücke werden durch Analyse von experimentellen thermischen und hydraulischen
Daten entwickelt. Die Daten werden verwendet, um Ausdrücke zu bilden, welche die sicheren Zustände für die Leistungserzeugung in einem Kernreaktor bestimmen.
Eine besondere Form für eine solche Bestimmung eines sicheren Zustandes kann ausgedrückt werden als
S = f (P) + f,(T) + f,(0,n) + f4(&J + fR(W),
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wobei S ein Signal ist, welches einen Leistungswert bestimmt, unterhalb dessen der Kernreaktor in einem sicheren
Betriebszustand ist.
3" f (P) ist der Beitrag zu S von einem Funktionsgenerator,
dessen Eingang vom Druck P.. abhängig ist.
In ähnlicher Weise ist
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f2 (T) der Beitrag zu S in Abhängigkeit von der
Temperatur,
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f3(ψτ) der Beitrag zu S in Abhängigkeit der
Lexstungsmessungen (^1) , welche der oberen
Hälfte des Reaktors zugeordnet werden,
f. (ψτ,) der Beitrag zu S in Abhängigkeit von den
Leistungsmessungen (φβ) in der unteren
Hälfte des Kerns,
f5(W) der Beitrag zu S in Abhängigkeit der
Strömungsmessungen (W) des Primärkühlmittels.
S ist daher die Summe von unabhängigen Funktionen, welche jeweils erschöpfend auf ihre Genauigkeit geprüft werden
können. Für das obige Beispiel, bei welchem jeder Parameter 4000 mögliche Zustände annimmt, ist die Anzahl möglicher
Kombinationszustände, die geprüft werden müssen, nicht gleich 40003 , sondern 4000 + 4000 + 4000 oder gleich
12000. Bei einer Testgeschwindigkeit von einer Prüfung pro 1/10 Sekunde dauert einer Überprüfung ungefähr 2 0 Minuten.
Das System kann daher erschöpfend überprüft werden mit allen möglichen Parameterwerten, welche dem Eingang zugeführt
werden, und geprüft werden, um zu bestimmen, daß alle Funktionen dieses Parameters an einem Analogausgang
korrekt sind. Dies ermöglicht eine Überprüfung sowohl des Eingangs wie auch des Ausgangs in analoger Form für jeden
einzelnen Parameter.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß zunächst Funktionen durch Berechnungen erzeugt werden
unter Verwendung von Universalrechnern hoher Genauigkeit und dann diese vorberechneten Funktionswerte in Speicher-OJ
systemen gespeichert werden. Diese Funktionswerte sind dem Zugriff eines Adressystems ausgesetzt, wobei jede
Adresse von einem diskreten Parameterwert abgeleitet wird. Die vorliegende Erfindung vermeidet daher fortlaufende,
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sich wiederholende Berechnungen, welche die Basis der bekannten Systeme bilden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. Darin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Sicherheitssystems gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 einen Analog-Digital-Konverter in der Verhältnisbetriebsart,
und
Fig. 3 einen Digital-Analog-Konverter in einer Multiplikationsbetriebsart
.
In Fig. 1 ist ein Kernreaktorsicherheitssystem 10 dargestellt,
welches ein Steuersignal S entwickelt, welches die erlaubte maximale Reaktorleistung anzeigt. Das Signal S
wird in einem Vergleichsverstärker 12 mit einem Signal R verglichen, welches die tatsächliche Reaktorleistung anzeigt.
Der Vergleichsverstärker 12 erzeugt ein Alarmoder Abschaltungssignal A, wenn das Signal R das. Signal S
übersteigt.
Das Steuersignal S ist die Summe von Funktionen verschiedener Reaktorparameter in folgender Form:
wobei die Funktionen weiter oben im einzelnen beschrieben worden sind und vorberechnete Funktionen für jeden
der gemessenen Reaktorparameter P, T, φ ,4, W sind, bestimmt
aus thermischen hydraulischen Experimenten, welche die maximale Wärmemenge festlegen, welche aus einem spezi
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fischen Volumen eines arbeitenden Kernreaktors entfernt werden kann.
Im nachfolgenden wird der Betrieb des Speicherns der Funktionen f 1 (P) , f 2 (T) , f 3 (</>T) , f4<#B)» f 5 (W) und des
Koordinierens dieser Funktionen zu den richtigen Betriebsparametern P, T, <£T, ψ und W beschrieben. Um die Spei-
cherung und Koordinierung zu erzielen, werden Analog-Digital-Konverter 22a, 22b, 22c, 22d und 22e verwendet.
Diese Analog-Digital-Konverter 22a, 22b, 22c, 22d und 22e sind handelsübliche Vorrichtungen, wie sie z.B.
von Burr-Brown unter der Modellnummer AD 80 bezogen werden können. Diese Konverter 22a, 22b, 22c, 22d und 22e
haben Eingangsspannungen entsprechend einem besonderen Wert des jeweiligen gemessenen Reaktorparameters P, T,
γ , pB und W, empfangen von den Ausgängen der jeweiligen
Verstärker 20a, 20b, 20c, 2Od und 2Oe. Diese Parameterwerte werden von bekannten Wandlern gemessen und ihre
Werte werden zu einer Digitalzahl einer Anzahl von möglichen Digitalzahlen (4096 sind in dem oben zitierten handelsüblichen
Modell möglich) durch die Analog-Digital-Konverter 22a, 22b, 22c, 22d und 22e umgewandelt. Die oben
erwähnten Digitalzahlen sind in einer Eins-zu-Eins-Übereinstimmung
mit besonderen gemessenen Analogwerten der Parameter. Eine Parametermessung eines Druckes von 2000 lbs/
inch2 kann z.B. einem Digitalwert von 000001000000 und ein Druck von 2000,25 lbs/inch2 würde einem Digitalwert
von 000001000001 entsprechen. Die Digitalwertzahl kann dann als Adresse betrachtet werden, welche den Eingang zu
dem Festwertspeicher der jeweiligen computerartigen Nachschlagetabellen 14a, 14b, 14c, 14d und 14e darstellt,
wobei jede Tabelle die Werte für einen einzigen Reaktor-
parameter speichert. Ein typischer handelsüblicher Speicher, der für diesen Zweck eingesetzt werden kann, ist
der INTEL 2716. Jedem Digitalparameterwert oder jeder Adresse ist ein Datenwort zugeordnet, welches der digitale
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vorberechnete Wert der jeweiligen Funktionswerte f-(P),.
f2(T), f3(^T), f4 (φ ) und f5(W) ist, welche den speziellen
jeweiligen Werten der Parameter P, T, p_,, ψ und W zugeordnet
sind. Die Funktionswerte für die verschiedenen Datenwörter werden in vorherigen Berechnungen mit sehr
genauen Universalrechnern bestimmt und in die jeweiligen Festwertspeicher der verschiedenen computerartigen Nach-]Q
Schlagetabellen 14a, 14b, 14c, 14d und 14e eingegeben.
Die Eingangssignale und Ausgangssignale der computerartigen Nachschlagetabellen 14a, 14b, 14c, 14d und 14e werden
jeweils längs Leitungen 24a, 24b, 24c, 24d und 24e bzw. 26a, 26b, 26c, 26d und 26e übertragen. Die Operationen
in jeder Nachschlagetabelle 14a, 14b, 14c, 14d und 14e für jeden der entsprechenden Parameter P, T, φ , pß und W
werden gleichzeitig und parallel durchgeführt, wodurch vorberechnete Datenwörter für jeden gemessenen Parameter
gleichzeitig und parallel zu jedem Digital-Analog-Konverter
übertragen werden, die jeweils ein Signal proportional zu den Funktionswerten der digitalen Datenwörter
auf den Ausgangsleitungen 28a bis 28e der Digital-Analog-Konverter erzeugen. Diese Funktionswerte f- (P),
f2(T), f3(^L), f.(^ ) und f5(W) werden in einer analogen
Summierstation 30 summiert, um ein Signal S proportional zu der maximalen erlaubten Leistung für das Reaktorsystem
zu erzeugen.
Eine Variation der grundlegenden,in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform
ist in Fig. 2 gezeigt, in welcher die Benutzung der oben erwähnten Analog-Digital-Konverter 22 gemäß
Fig. 1 abgeändert worden ist, um für die Parameter ψ^, und
γ in der Verhältnisbetriebsart zu arbeiten. Die spezielle
Reaktorschutzgleichung dieser zwei Parameter ist als Reaktorabstufung θ bekannt und wie folgt definiert:
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Um die Abstufung© zu berechnen, werden die Eingangssignale von den Verstärkern 20c und 2Od, welche die verstärkten
Signale für φ φ und φΒ liefern, der Eingangsklemme
und der Bezugsspannungsklemme eines einzelnen Analog-Digital-Konverters 32 zugeführt. Wie dem Durchschnittsfachmann bekannt ist, ist das Ausgangssignal des Analog-Digital-Konverters
32 proportional zum Verhältnis Ρ™/ψ β
der Eingangssignale, da das Ausgangssignal direkt proportional zum ersten Eingangssignal ψ T und umgekehrt
proportional zum Bezugsklemmeneingangssignal γ R ist. Das
Verhältnis Yn,/ψ kann daher direkt als Ausgangssignal des
Konverters 32 bei der Berechnung der Abstufung © benutzt werden.
Einige Reaktorschutzgleichungen erfordern, daß die sichere Betriebsleistung unterhalb eines Wertes V bleibt, welcher
durch das Produkt von zwei Funktionen bestimmt ist, wie 20
V = f (A) χ f (B) .
Bei einem Beispiel für diese Form ist f(A) die Funktion
für die Verdampfungsregelung im Reaktor und f(B) ein Term zur Korrektur dieses Wertes entsprechend dem Leistungsmeßfehler,
der z.B. durch Absorption von Neutronen verursacht wird, wenn der Neutronenfluß als Leistungsmessung verwendet
wird. Eine weitere Abänderung des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels ist in Fig. 3 gezeigt, in welcher
ου die Produktform geschaffen wird durch Verwendung des
Digital-Analog-Konverters 34 in der Multiplikationsform. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, stellt das Ausgangssignal des
Digital-Analog-Konverters 34 das Produkt eines ersten Signals 26b und eines zweiten Signals 28a dar. Das erste
Signal 26b liegt in Digitalform vor und besteht aus einem digitalen Datenwort, das eine erste Variable oder eine
Funktion einer Variablen wie z.B. f(T) darstellt. Das zweite Signal 28a ist ein Analog-Signal einer Variablen
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wie z.B. f(P) und wird dem zweiten Eingang des Digital-Analog-Konverters
34 zugeführt. Dieses zweite Eingangssignal f(P) wird vom Durchschnittfachmann häufig Bezugseingangssignal
genannt. Wie bekannt ist/ ist das Ausgangssignal des Digital-Analog-Konverters 34 bei einer solchen
Schaltungsart eine zusammengesetzte Multiplikationsfunktion f1 (P) χ f2(T).
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Multiplikationsverwendung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 3 kann der
Konverter 27e, welcher die Adresse für die Nachschlagetabelle I4e bestimmt, welche die Strömungsfunktion f(W)
bildet/ Informationen in Bezug auf die Anzahl von Pumpen verwenden, welche in dem System arbeiten, um die richtige
Adresse auszuwählen. In einer Übergangsperiode, in welcher sich die Anzahl der arbeitenden Pumpen ändert,
kann die Adresse geändert werden durch Änderung des Inhalts eines die Adresse bildenden Zählers mit Impulsen,
die durch ein festgelegtes Zeitintervall voneinander getrennt sind.
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Claims (9)
1. Sicherheitssystem für einen Kernreaktor, gekennzeichnet durch
eine Serie von Wandlern zur Messung verschiedener Betriebsparamter (P, T, ψ ,φ , W) eines Kernreaktors,
eine Serie von parallel geschalteten computerartigen Nachschlagetabellen (14a bis 14e), die jeweils einzeln
mit einem einen Betriebsparameter des Kernreaktors messenden Wandler verbunden sind und eine vorberechnete
Funktion des Parameters enthalten, welche den Prozentsatz der vollen Reaktorbelastung anzeigt, welcher von
diesem Parameter für eine Reihe von Parameterwerten beigesteuert wird,
eine Summierstation (30) zur Aufnahme aller Ausgangssignale der entsprechenden Rechnerstationen und zur Summierung
dieser Signale, um ein Steuersignal (S) zu erzeugen, das den Prozentsatz des erlaubten Volleistungsreaktorbetriebs
anzeigt.
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2. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vergleichsstation (12) zum Vergleich des von
der Summierstation (30) kommenden Steuersignals (S) mit einem Leistungssignal (R)/ um ein Alarmsignal zu erzeugen/
wenn das Leistungssignal das Steuersignal übersteigt.
3. Sicherheitssystem nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Serie von Analog-Digital-Konvertern (22a
bis 22e), die jeweils zwischen dem entsprechenden Wandler und seiner zugeordneten computerartigen Nachschlagetabelle
(14a bis 14e) angeordnet sind, um das Analogsignal des
jeweiligen Wandlers in ein Digitalsignal für die computerartigen Nachschlagetabellen umzuwandeln.
4. Sicherheitssystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von einem Paar
von Wandlern kommenden analogen Parametersignale als Eingangssignale einem Analog-Digital-Konverter (32) zugeführt
werden, um ein digitales Ausgangssignal zu erzeugen, das dem Verhältnis der beiden Parameter ( (L·/φ^)
entspricht.
5. Sicherheitssystem nach Anspruch A, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Parameter die Leistungen ^„ und ^ß
in der oberen und unteren Reaktorhälfte darstellen und
ihr Verhältnis zur Bestimmung der Abstufung eines Kernen
ου reaktors benutzt wird.
ου reaktors benutzt wird.
6. Sicherheitssystem nach mindestens einem der Ansprüche
1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Serie von Digital-Analog-Konvertern
(27a bis 27e), die einzeln zwischen der
Summierstation (30) und jeweils einer Rechnerstation (14a bis 14e) angeordnet sind, um das digitale Ausgangssignal
der Rechnerstationen in ein Analogsignal für die Summierstation umzuwandelnj, 3Q031/0535
7. Sicherheitssystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet/ daß in jeder computerartigen
Nachschlagetabelle (14a bis 14e) ein digitaler Parameterwert und ein entsprechender vorberechneter
Funktionswert für jeden gespeicherten Parameter gespeichert ist, der den Prozentsatz des Volleistungsbeitrags
des jeweiligen Parameters anzeigt.
8. Sicherheitssystem nach mindestens einem der Ansprüche
1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die jeweiligen Wandler gemessenen Parameter des Kernreaktors den
Reaktordruck, die Temperatur, die Kühlmittelströmung und den vom oberen und unteren Teil des Reaktors ausgehenden
Neutronenfluß umfassen.
9. Sicherheitssystem nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß einer (34) der Digital-Analog-Konverter
(27a bis 27e) als ein erstes Eingangssignal ein digitales, eine Parameterfunktion darstellendes
Datenwort (f(T)) und als zweites Eingangssignal eine analoge Paramterfunktion (f.. (P) ) aufweist, um ein
analoges Ausgangssignal zu schaffen, welches das Produkt der beiden Parameterfunktionen ist.
030Ü31/053
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